占 10 3

〆，Longitudina

Grav=

竺

リ七!セミムーゥ公

̲RoJJs.̲. ̲

10¹ ^No^S^e^c^oⁿ^d^a^r^y^Flows 10⁰

10・1 10⁰ 10¹

2 AU

TE A

Re_a_v

Fig. 5‑4‑1 Calculation and experimental conditions under lG plotted on a Reav‑Grav map

5.4.1.1 He‑SF₆系に関する結果

Run No. 1‑3に対する実験条件下での He‑SF₆系の 3次元定常解析によって得られた速度分布、温度分布、および濃度分布をまとめて Figs.5‑4‑2....5・4・5に示す。

Fig. 5‑4‑2は、流れ方向中央縦断面(z=37.5mm)、Fig.5‑4‑3は、流れ方向に垂直な横

断面内のヒーター前縁。=104.25mm)、中央(x=144.75mm)、後縁(x=183.75mm)断面である。

また、Fig.5‑4‑4は流路底部および上壁最近傍の濃度分布を表わす。

Fig. 5‑4‑5には、流路中心軸(z=W/2)を通る Xヴ断面内の上部(y=H)、中央(y=H/2)、底部(Y=O)における濃度分布の計算結果と実験結果と比較して示す。なお、 Figs.5・4・4

，

5・4・5 においては流れ方向および幅方向の座標を流路高さ Hで規格化して示した。また、 Figs.

169

5‑4‑2‑5・4・5は局所 SF₆濃度を入口濃度ωA(lで規格化した値ωA$で、表しており、破線部は ω'A*>lの領域を示す。

Fig.5‑4・2に示す縦断面を見ると、いず.れの条件においても横渦のない単純な流れ場が形成されている。濃度分布をみると加熱領域の上壁近傍に高濃度部、ヒーター近傍に低濃度部が形成されている。また、低濃度部は下流にゆくほど上壁近傍までひろがる。高濃度領域は、上下壁聞の温度差が大きくなるほど上壁への広がりが大きく、また、流量が大きいほど上壁への広がりが小さいことが分かる。

Fig.5‑4‑3に示す横断面の濃度分布をみると、低温部の存在する側壁方向への熱拡散によって流路横断面の四隅に高濃度部が形成されている。また、低Re数であるのと(11) では側壁近傍に明瞭な縦渦が形成されるしかし、高 Re数の(111)では、縦渦は極めて弱い。いずれのRe数においても、横断面内の濃度分布に際立つた差は見られない。

Fig. 5‑4‑4に示す上下壁面の濃度分布を見ると、高Re数の(111)では底部の濃度分布は低 Re数の(11)と比較して大差はないが、上部では流れ場の影響を受け高濃度領域がより下流で発生する分布となっている。これは、縦断面の結果と一致する。

Fig. 5・4‑5により実験結果と計算結果の比較を行うと、高Re数条件での高濃度領域がより下流に移動する点など計算結果は実験結果と極めて良好に一致することがわかる。

5.4.1.2 Ne‑SF₆系に関する結果

Ne‑SF₆系に対する 3次元定常解析によって得られた結果(RunNo. 4‑6)を同様に Figs. 5‑4‑6‑5‑4・9に示す。

実験および計算条件は、(条件(I)Re=5，G r avニ3080)，(条件(lI)Re=5，Grav=1850)， (条件 (III)Re=25， Gr_av=1850)の3条件で行った。

Figs. 5・4・6

，

5‑4‑7の縦・横の断面図より、低Re数の条件では加熱板前・後縁部で強い横渦と 2対の縦渦が重畳した 3次元性の強い複雑な流れ場が形成されている。濃度分布も、特に加熱板前縁近傍において、上昇流と横渦とによって高濃度領域が前縁部に広く分布している。また、上下壁の温度差の小さい条件(1)では、比較的濃度分布が小さいことが分かる。

一方、高 Re数の場合、横渦は消滅し縦渦のみが存在する共存対流形態となっていることから、前縁部における高濃度領域の広がりは消え、上壁部での高濃度領域は下流側に移行している。さらに Fig.5‑4‑7に示す横断面において上昇流の生じる基板端部では低濃度領域が上部に向かつて伸び、下降流の生じる側壁領域では上部の高濃度領

170

域が底部方向に沈みこんでいる様子がわかる。

なお、田之上ら(4)，(16)は、窒素(N₂)流の場合にも類似した流れ形態が生じることを可視化実験および数値計算によって確認しているo

Fig.5‑4・9に示す実験結果と計算結果の比較から、高濃度の出現位置およびピーク値など、計算結果は実験結果と定量的に一致していることがわかる。

以上の結果より、 Ne‑SF₆系に対する熱拡散ファクターの推算法の妥当性および 3次元的な複雑な共存対流場を有する場合の 3次元定常解析コードの妥当性が確かめられ

︒

た

以上の結果を見ると、田之上らが N₂‑SF₆系において示した計算結果と実験結果の不一致は、数値計算コードの不備によって流れ構造の予測に失敗したためではなく、熱拡散ファクターの不正確さにあるものと推測される。つまり、熱物性が類似する Ne，N₂ は同操作条件では類似の 3次元流れ形態をとっており、その結果は実験値と一致していることから、共存流の混合効果等の影響を不当に見積もったことが原因とは考えられない。

171

E 差是ききき塾塾塾塾塾塾塾委委委雪雪委委雪雲雪量妻 F

(a)

AT=24K

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f 刀芸諺言一一一一言宗ミ¥

向︑

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(c)

(1) u){=1.47cm/s， T_o=333K， T_h=573KヲTc=393K，Re=2， Re_av=l.Ol， Cr_av=340 (Run 1)

(a)

~T=42K

三

ノ~護主一一一一二芸示1\

︑}/・hur

'E1

~WA *=0.1 三::r=‑

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、・ーーー‑‑・ーー・

.::.

(II) u_o= 1.56cm/s，九=353K，T_h=773K， Tc=473K， Re=2， Reav=O.70， Crav=202 (Run 2)

E 主主主主主量善三善喜多主主主主主主~~雲寺言語喜多言語言言曇言言長

A T=42K

下~

I

̲)ぷ三重量と=二三 h 弓わ一、

(a)

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︑

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---一三三~ニp一一一一一一一、一一二二P

(c)

(III) u_o=7.78cm/s， T_o=353K，九=773，KTc=473K， Re=10， Reav=3.52， Crav=202 (Run 3) (Vertical mid plane)

Fig.5・4‑2Calculated resuIts for He‑SF₆system

(a) Velocity vectors

，

(b) Isotherms

，

172

1 111

(a)

︑. ︐JLU ︐︐

. ︑

d.T=24K

(c)

i J 戸三 1

Mυ^ *=0，1

x=104.25

幅三ヨ i 三コ

x=144.75

lZ1

(1)11(1= 1.4 7cm/s， TII=333 K， T，，=573， K1込=393K，Re=2， Reav=1.01， Cr，=340 ，， (Run 1) x=183.75

(a)

︑. ︐

︐・hu︐︐.︑

d.T=42K

x=104.25

l F 乏三三 4

i fZ コ

x=144.75

区正ヨ

(II)lI(1= 1.56cm/s司T(I=353K，T，，=773K， Tc=473K， Re=2， Re，、=0.70，Cr、泊=202(Run 2) x=183.7S

) qa ︐︐.︑

￨ . . ' ‑ • ; :

i ゑ !

| fZ一一一一一~

︑︑ ︐ ︐

JLU ︐︐・1︑ d.T=42K

x=104.25

l j j i : : : : : : : ; ! ? ‑ J ￨臨=ヨ

￨ jZ 二二「

x=144.75

i 三 : : ; : : j : ; j ￨

| 長~

(lII)ulI= 7. 78cm/s，九=353K，T，，=773K， Tc=473K， Re=lO， Re"、=3.52，Crav=202 (Run 3) x=183.75

Fig. 5‑4‑3 Calculated results for He‑SF₆system

(Transversal plane of leading edge [x=104.25mm]， center [x=144.75mm]， trailing edge [x=183.75mm] ofthe heater)

(a) Velocity vectors

，

⁽^b⁾Isotherms

，

173

(a)も

/j 4

。。

^亡^J 10

X~時

15 20

つ. .:....

l J J 7 1

(b)本

N 1

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^R^叫 10 15 20

×冊

。

⁾^l^l⁽^l⁼^I^.⁴⁷^cm^/^s^.^T⁽^I⁼³³³^K^司^T^s⁼⁵⁷³^K^、^T⁽^'⁼³⁹³^K^、^R^e=2R^e^o^:^、⁼¹^.⁰¹^.^Cr^o^:^、⁼³⁴⁰⁽^R^uⁿ¹⁾

(a)

九

。。

^亡^J 10 X発

15 20

(b)

九

ハV

勺411AU

l ^: ^里 ^二 ^二 ^一 ^二 ^]

X骨

(1 I)llo= 1.56cm/sT)(=353K. T~=773K. T(、=473K、Re=2、Rea、=0.70.Cr川=202(Run 2)

5 15 20

ウ.L..

*

(a) N

。。

5 10

X~ー

15 20

つ

l ^一 ^一 ^ー ^干

⁴

ー .

本

(b) N

。。

5 10

X骨

15 20

(11 l)uo=7. 78cm/sTII=353K、Ts=773K、T'(=473K、Re=IORe山=3.52、Cr_a、=202(Run 3)

07 06 09 10 11 12 13

* α)^

Fig. 5‑4‑4 Calculated results for He・SF₆system ((a) Lower wall 0'*=0) and (b) Upper wall 0'*=1)) Concentration distribution normalized with inlet value of SF 6

174

1.6 ₁₁、

1 ~ u

1 2 1.2

;: I~主~ぐ可'" ームー丘-1'-.:..--，，-，"可司

'‑0 ;;

a骨一、 ) ‑

(a) 11村 11.1' れの (1 ~

1 1 1

1 ~

1 1

10 1円 211 111 15

Calculation Results 一一一UpperWall

‑‑‑‑‑Center 一.‑Lower Wa ll

Experimental Results ロ UpperWal l s Center

o Lowerr Wal l

I.o I.~

1.2 :

IJ.X 1 1.6 II.~

211 o

ロロ

10 1) 20

1.1、 ^l^ミ ^l凸

1 ~ 1 2 1.4

1.2 11 ロロロ

司〈

II.X OQ II.X

(b) ¹¹^.⁶ _I_l_r_aln 08 H.・¹^.^. ¹¹^.⁶

(1.4 同。 11.4

111 15 211 。 10 15 20 11 111 15 20

1.6 IA

1凸 1.4 1.2

O.X 1 1凸 υ4

l弓 211 o 1(1 15 20

1 2

イ'o‑.̲.^d 司

、 ^A

、 ¥ー

v、。ーーーノ'喝

‑ ‑ ‑9' I

I.X l I.o

(1) uo=1.47cm/s

，

Th=573K

，

0

uo=1.56cm/s

，

Th=773K

，

To=333K

，

Tc=393K

，

Re=2

，

To=353K

，

T_c=473K

，

Re=2

，

Reav=1.01

，

Grav=340 (Run 1) Reav=O.70

，

Grav=202 (Run 2)

1.6 1.4 l、

F r a

e/ a

一 ︒ /

︒﹄

︒¥

‑

¥ 一

︑ ︑

日以

o。

(I.~

1 1

111 15 20

(111) uo=7.78cm/s

，

Th=773K

，

To=353K

，

T_c=473K

，

Re=10

，

Reav=10

，

Grav=202 (Run 3)

Fig.5・4・5Experimental and calculated concentration profiles along the f10 w axis of He‑SF₆

(ωIAo=O.2) (a)

z

=9.5mm

，

(b)

z

=18.5mm

，

(c)

z

=37.5mm

175

K1﹂

A斗一

‑

44一一一一一一 TI

‑‑ L

A一

¥ 一

Heater

~(ÙA *=0.06

一一一一一ー .‑‑‑~ー

、̲. ・ーー一』・ ~・ー『ー‑.... ・・一ー‑̲~一戸戸Pー『ーー『ーニ・『ーーー

向︑

(c)

(1) uo=1.13cm/s，九=333，KTh=573K， Tc=393K， Re=5， Re_av=2.49， Cr_a_v=3080 (Run 4)

(a) ~是主主忌EJ44卓造FZ書量雲寺喜善量売子言云戸手言語rrr

~T=42K

コ

ぷ 22

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‑ ‑ ̲ ミ苅ア ‑ . . . . . . . )

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‑ーーーー̲ニム三三ニー̲ ¥ L~

(c)

(11) uo=1.20cm/s，九=353に九=773K，Tc=473K， Re=5， Re_a_v=1.73， Cr_a_v=1850 (Run 5)

E 事事委参事量曇塾塾参事吾妻妻吾妻善三聖書雪雪警警警 F

(a)

向¥

(c)

(111) uo=6.04cm/s，九=353，KT_h=773K， Tc=473にた=25，Re_av=8.74， Cr_a_v=1850 (Run 6)

(Vertical mid plane) Fig. 5‑4‑6 Calculated results for Ne・SF₆systelli

(a) Velocity vectors

，

(b) Isotherms

，

176

事京せ凋調iiiJち2~'ìil (a) 悩怯逗貿P恥三三:: 1:

'1'1" L一一」 Heater

Kφ)

d I 宏一

6 (c)

I 三五コ

輩塑翻棄現轡

医

1 5 7 ^穴 i

(1) lIo=1.13cm/s， 1~ ，=333K， T_h=573K， Tc=393K， Re=5， Re山=2.49，Crav=3080 (Run 4)

} { t I ︑︑ ︐ ︐

︐qu ︐t・︑

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⁽^c⁾

k 三ヨ

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ι ^さ ⁴

L : 主主ヨ

x=144.75

院コ

トごヴデヨ

(II) 11(1= 1. 20cm/s，九=353K，Th=773K， Tc=473K， Re=5， Re1，，=1.73， Cr"、=1850(Run 5) x=18].75

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ドキュメント内遷移重力場における熱・物質移動現象に関する研究 (ページ 83-91)

竺

リ七!セミム ー ゥ公

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リ七!セミムーゥ公

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i J 戸三 1

幅三ヨ i 三コ

l F 乏三三 4

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I 三五コ

輩塑翻棄現轡

1 5 7 ^穴 i

k 三ヨ

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L : 主主ヨ

院コ

トごヴデヨ